美国国防预先研究计划局启动“原子蒸气科学新技术”

2021-09-14 17:22:18 看航空

美国国防预先研究计划局(DARPA)日前已选择了八个行业机构和大学的研究团队,共同参与研究本周启动的“原子蒸气科学新技术”(SAVaNT:Science of Atomic Vapors for New Technologies)项目。这些团队将开发创新性方法来挑战室温下原子蒸气的性能极限,并尝试将该技术的独特优势应用到国防领域。项目团队由ColdQuanta公司、佐治亚理工学院、加拿大量子谷创意实验室、Rydberg技术公司、Twinleaf LLC公司、科罗拉多大学、马里兰大学、威廉玛丽学院组成。DARPA还选择了另外一家研究团队,但目前未签订合同,预计将在未来几个月内完成合同签订。

信息科学和传感领域的量子研究展现出将其应用到一系列国防领域的巨大希望。然而,将实验室突破转化为实际应用所面临的一大障碍是:冷却并捕获原子,以利用其量子特性所需的设备量巨大。SAVaNT项目团队将专注于暖原子蒸气而不是冷原子蒸气技术。这种方法不需要复杂的激光冷却,并可以使用更多的原子,从而增强信号。然而,该方法面临的挑战在于“热环境效应”(即使在室温下)会显著降低量子相干性的持续时间。因此,项目团队将重点研究如何提高室温下原子蒸气的相干性。

为此,SAVaNT项目团队将为解决重要国防领域应用和跨越技术鸿沟所需的新技术奠定基础。将在小体积、轻重量、低功耗(SWaP)、高灵敏度的电场和磁场测量应用,需要强原子-光耦合的量子信息科学应用等方面进行研究。

该计划分为两个阶段实施,并根据原子蒸气技术将产生最大影响力的应用领域分为三个技术领域:里德堡电场测量、矢量磁场测量和蒸气量子电动力学(vQED)。阶段1将侧重于演示验证旨在解决技术挑战的物理学基础进展,阶段2将演示验证集成的台式物理封装包,并描述性能应用空间。

SAVaNT项目研究团队计划利用不同的方法在室温下保持量子相干性,其中,里德堡电场测量方面将开展以下工作:

1.加拿大量子谷创意实验室团队将研究新型原子蒸气室设计和读取方法,以开发用于高灵敏度里德堡静电测量的低SWaP设备;

2. ColdQuanta公司团队将寻求在原子蒸气室中的里德堡原子传感器中结合RF外差检测和新型场增强技术,实现高灵敏度和窄瞬时带宽;3. Rydberg技术公司团队寻求通过开发新型蒸气制备和读取方法以及激光稳定技术来提高里德堡电场测量的灵敏度。

矢量磁场测量方面将开展以下工作:

1.Twinleaf LLC公司团队旨在使用高碱密度量子系统开发一种具有高精度和高灵敏性的新型矢量磁场传感器,并使用碱自旋保持涂层延长量子相干时间;

2.科罗拉多大学团队寻求在小型MEMS蒸气室中开发一种新型矢量-标量原子磁力计,通过结合两种独立的测量协议和腔增强技术,期望可以同时达到高精度和高灵敏度;

3.威廉玛丽学院团队将使用一种新的矢量场提取方法,该方法基于对蒸气室中原子集合的全光激发和电磁感应透明(EIT)询问,把准确性、长期稳定性和矢量模态结合到单个传感单元中。

蒸气量子电动力学方面将开展以下工作:

1.佐治亚理工学院团队将专注于新型平台的研发,该平台基于与芯片级纳米光子谐振器集成的新型槽结构,以实现量子信息应用中原子-光耦合的数量级改进;

2.马里兰大学团队寻求通过将原子蒸气与利用慢光和定位效应的新型芯片级高Q纳米光子腔集成来实现强原子-光耦合。

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